Composites Europe: CFK-Serienfertigung im Automobilbau kommt

Die Carbon-Keramik-Bremsscheibe im Porsche Cayenne ist um 40 Prozent leichter als die Stahl-Bremsscheibe (Quelle: SGL Group).

Einer der Innovationstreiber für Leichtbauanwendungen ist die Automobilindustrie, hier halten mehr und mehr Kohlefaser-Bauteile Einzug in den Fahrzeugbau. Zykluszeiten und Verarbeitungstechniken eignen sich jedoch noch nicht für die Großserie. Aktuell arbeiten verschiedene Unternehmen daran, die Prozesstechnik von der heute überwiegend praktizierten Hand-Laminierung in eine automatisierte Serienfertigung umzustellen. Einige neue Entwicklungen sollen auf der Fachmessen Composites Europe vom 27. bis 29. September in Stuttgart zu sehen sein.

Ein Beispiel ist die Reaktionstechnik-Division der Kraussmaffei Gruppe. Sie hat ein Modular-Konzept entwickelt, das die Herstellung eines CFK- Bauteils im HD-RTM-Verfahren (Hochdruck – Resign Transfer Molding) über die gesamte Prozesskette abbildet. Dabei nutzt das Unternehmen nach eigenen Angaben bewährte Bauteile und die Vorteile aus der Spritzgießmaschinen-Serienfertigung, um anwendungsspezifische Lösungen zu bauen. Ein Punkt des Konzepts ist die Nutzung eines bereits vorhandenen Formenträgerkonzepts an einer HD-RTM Anlage.

Zum Prozess gehört die Thermo Misch- und Dosiereinheit mit einer neuartigen Edelstahl-Pumpe aus Münchener Eigenfertigung, die den RTM-Hochdruckmischkopf versorgt. Dieser vermischt die Komponenten in Hochdrucktechnik, dosiert internes Trennmittel zu und bringt den Matrixwerkstoff mit niedrigen Drücken in die Form ein. Im geschlossenen Werkzeug werden die Kohlefasern mit dem Harz durchtränkt, es folgt die Aushärtung in weniger als vier Minuten. Danach werden die Teile entnommen und der Fertigbearbeitung in einer Fräszelle zugeführt. CFK-gerechte Schneidwerkzeuge und eine optimierte, patentgeschützte Absaugung innerhalb des Fräskopfes verringern Staub und Verschmutzung der Bauteile.

Das Unternehmen Hennecke will mit seinem Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Strukturbauteile im HP-RTM-Verfahren (High-Pressure – Resign Transfer Molding) gegenüber dem klassischen RTM-Verfahren eine schnellere Injektion des reaktiven Gemisches in die Kavität erreichen. Das sorge für extrem kurze Aushärtezeiten und garantiert somit eine Taktzeitverkürzung im gesamten Prozess. So lassen sich auch hohe Stückzahlen adäquat realisieren.

Das Megacity Vehicle von BMW – hier eine Designstudie – beflügelt die den Einsatz von CFK im Automobil (Quelle: BMW Group)

Werkstoffentwickler Huntsman ist an einem Entwicklungsprojekt für ein Elektrokonzeptfahrzeug, das auf umweltfreundlichen Materialien basiert, beteiligt. Die so genannte U-Box wurde von der französischen Firma D3 entworfen und besteht aus Flachs- und Basaltfasern als Verstärkung der Verbundwerkstoff-Teile in Kombination mit neuen Harzen, sowie einem halogenfreien, flammbeständigen Harz. Huntsman rüstet das Fahrzeug mit Composite-Felgen aus und liefert ebenso Verbund-Klebstoffe, die der Konstruktion eine hohe Festigkeit, Flexibilität und Temperaturbeständigkeit verleihen.

Als einer der Vorreiter Optimierung der Verarbeitungsprozesse gilt BMW mit dem Megacity Vehicle, das ab 2013 als erstes serienmäßig hergestelltes Elektroauto in Leipzig vom Band rollen soll. CFK-Werkstoffe haben eine großen Anteil an der Konstruktion: Das Chassis bildet das stabile Fundament und integriert Batterie, Antrieb sowie Struktur- und Basis-Crashfunktionen in einer Struktur. Die hochfeste und leichte Fahrgastzelle besteht ebenfalls überwiegend aus CFK. Während der Entwicklung sei es gelungen, im Werk Landshut den Fertigungsprozess für CFK-Bauteile so zu automatisieren, dass nun die wirtschaftliche und qualitativ hochwertige Großserienfertigung von Karosserie-Komponenten möglich ist.

Mercedes plant nach Angabe des Messeveranstalters nach der Erprobung im Typ SLR ab kommendem Jahr auch in anderen Baureihen mehr CFK zu verarbeiten. Dazu wurde eine Partnerschaft mit dem japanischen Kohlefaser-Produzenten Toray eingegangen. Geplant sei, CFK bei Fahrzeugserien in der Größenordnung von 20.000 bis 40.000 Einheiten einzusetzen. Generell will das Unternehmen jedoch weiterhin die Mischbauweise aus Stahl-, Aluminium- und eben auch Kohlefaser-Elementen bevorzugen.

Mit dem neuen Advanced Composites Research Center (ACRC) in Sant’Agata Bolognese hat auch Lamborghini 2010 ein Forschungszentrum für Kohlefaser-Technologie ins Leben gerufen. Schon in der Aufbauphase wurde ein neuer Produktionsprozess für komplexe CFK-Strukturen entwickelt und mit diversen Patenten gesichert – der Durchbruch für die nächste Generation von Kohlefaserkomponenten. Der Fokus der Ingenieure liegt auf „Out of Autoclave“-Technologien – etwa RTM, Vakuum-RTM, in dem das Kunstharz per Unterdruck um die Kohlefasern verteilt wird, oder der Druckformung, bei der das Material in einer Presse geformt wird.

Die Initiativen der Automobilhersteller belegen, welche Potenziale der Fahrzeugmarkt den Verarbeitern von Kohlefaser-Verbundwerkstoffen und den Herstellern entsprechender Maschinen- und Anlagentechnik bietet. Nur eine Tatsache könnte den CFK-Siegeszug bremsen: Da die Fasern auch in der Luftfahrt, im Sport und in diverser Anlagentechnik in großem Maße zum Einsatz kommen, warnen erste Experten bereits davor, dass nicht genug Material für Volumenmodelle verfügbar sein könnte.

Weitere Informationen:
www.composites-europe.com
www.kraussmaffei.com, www.hennecke.com

Reed Exhibitions Deutschland GmbH, Düsseldorf

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